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BUCK电感的反激电压怎么去除?

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黄昏先生
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  • 2016-12-7 18:56:14
10问答币
BUCK电路中,当续流状态转换为主路MOS开通瞬间,电感di/dt很大导致有很大的反激电压,如图中蓝色所示,这样的话,支路的MOS就有很大的尖锋电压,如图中紫色所示。请大神指点下如何去除?或者说是连续模式就有这个问题?我加过TVS管,会有好处,但还是很危险。
72a746b387ef81fb.jpg

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拓扑电感用铁硅铝做,这么大功率,应该是连续模式,因为磁环规格的离散性,有个设计最佳值问题,大致可按电流减半设计CCM模式,频率几十KHz,不要超过100KHz,以免降低PWM分辨率。 除了拓扑电感以外,输入输出都需要设置CLC型滤波,滤波后再采样。由于采样结构是一个RC结构,其中C是指采样端子的寄生电容,也可以故意增加少量电容在此端子,目的是使采样信号进一步得到滤波,以满足控制精度,意思是最终的采样信号的精度要与采样端 ...
nc965
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  • 2016-12-7 21:27:01
 
电感di/dt很大导致有很大的反激电压?啥意思?
你把这个尖峰电压分配到电路环路中每个元件上试试?
黄昏先生
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  • 2016-12-8 13:14:02
 
电感上电流变化率跟电感感量相乘不是电压嘛,di/dt值测得有5MA/s,电压大部分应该是分到续流管的正极到输入负那一段。
parachutes30
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  • 2016-12-7 21:32:24
 
降低上管的导通速度会好点吧。
为何把这个尖峰电压叫做反激电压?
黄昏先生
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  • 2016-12-8 15:24:08
 
驱动电阻已经是22R了……
goupanda
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  • 2016-12-8 08:47:50
 
这个应该是续流管反向恢复电流与其支路的杂散电感引起的尖峰电压,把功率环路面积搞小点
goupanda
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LV8
副总工程师
  • 2016-12-8 08:49:18
 
用的什么续流管?SIC试试
黄昏先生
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  • 2016-12-8 13:11:14
 
用的是STTH30L06C,方向漏电流确实挺大,环路面积确实有点大,但是因为功率比较大,散热那些原因,可优化的不是很多,线路上排查发现续流管正极到输入的负那一段同时出现电压交锋,是这一段布线感太大?
黄昏先生
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  • 2016-12-8 15:22:54
 
换成SIC效果也不怎么样
Coming.Lu
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  • 2016-12-8 13:29:22
 
加磁珠。
黄昏先生
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高级工程师
  • 2016-12-8 13:31:23
 
哪里加?续流二极管上加?加钛金尖锋抑制器怎么样?
Coming.Lu
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  • 2016-12-8 13:32:48
 
续流加,可能MOS管也要加。
黄昏先生
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  • 2016-12-8 14:07:03
 
但是我的这个尖峰是在线上产生的啊?续流加了效果不明显。我再试试MOS看看
YTDFWANGWEI
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  • 2016-12-8 15:59:32
 
尖峰电压会通过MOS关的体二极管由输入滤波电容吸收,如果尖峰太大,估计是PCB布局差的原因。
黄昏先生
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  • 2016-12-8 16:30:52
 
我这个是交流buck,尖峰其实没有路可以走的,被另外一个MOS掐断了。
-43803f6f56b9c2a4.jpg
nc965
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  • 2016-12-8 18:01:43
 
AC的Buck? 你早说嘛,这种电路的吸收不是这样做的。
给你个参考:

18.jpg
黄昏先生
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  • 2016-12-8 18:03:31
 
怎么做??不是直接在续流管两端并RC?求指导
nc965
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  • 2016-12-8 18:08:30
 
有刷新,要用RCD吸收,基本没有尖峰,顺便还可以获得控制+-电压,这个电路做维也纳,爽呆!
参考阅读:利用吸收功率的辅助电源

黄昏先生
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  • 2016-12-8 18:57:19
 
MOS驱动电源可以用这个吸收?功率够吗??你这个图看得有点晕,能否简单解释下
nc965
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  • 2016-12-8 19:15:27
 
有参考阅读
黄昏先生
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  • 2016-12-8 22:02:03
 
你这个U11是稳压作用吗?我没有启动电路所以不能用这种当驱动源。如果不需要当源AC的应该怎么吸收??
nc965
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  • 2016-12-8 22:18:38
 
RCD
18.jpg
nc965
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  • 2016-12-9 09:38:56
 
你MOS上背那么多二极管完全是画蛇添足。
黄昏先生
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  • 2016-12-9 16:26:52
 
需要大电流从二极管走啊,难道可以不用加?!
xkw1cn
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  • 2016-12-9 16:39:49
 
确实不用加,除非你确定需要为GDP添砖加瓦。加后;绝大部分电流也不从外并二极管走。
nc965
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  • 2016-12-9 17:10:15
 
47N60C3的体二极管比开关本身还皮实。

33r2.jpg


黄昏先生
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  • 2016-12-9 21:43:33
 
交流BUCK中有这么实际应用过吗??如果可以的话,先不说剩下很多二极管,就是结构布局就方便很多了,回路可以少很多。但是我样机中测试过二极管的电流,基本都是从它这走的啊。
nc965
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  • 2016-12-9 22:15:38
 
我都是这样用的,只有个别型号的IGBT没有体二极管,其余都有,特别是MOSFET,那都是寄生的,想没有还不行。只不过MOSFET的体二极管反向恢复特性很差,你做续流就很不好了,建议续流部分用内置快恢复二极管的 IGBT,比如HGTG30N60A4D,50Hz切换可直接用光耦驱动。


55.jpg


黄昏先生
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  • 2016-12-10 09:43:05
  • 倒数10
 
您的建议是:用47N60C3的话,主回路上无需再背二极管,续流回路上外置二极管?还有请教下,输入相位突变时,MOS2和MOS4或MOS1和MOS3驱动需要增加死区吗?我样机里面两者关闭和开启有时有几百ns的重叠时间,很容易直通,我是用的CPLD,软件死区不好处理,硬件可以吗?
nc965
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  • 2016-12-10 09:57:38
  • 倒数9
 
续流回路用 IGBT,选内置快恢复的,也不需要外置二极管,这样才能高效率。具体可参考:工频(过零)双向切换电路
不知道CPLD特性,我是用的是8位MCU,正常切换没有问题,在空载时有些特别算法才能做到无切换冲击。
黄昏先生
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  • 2016-12-10 10:19:36
  • 倒数8
 
你这个方案是不是根据输入电压电流的相位来控制J0信号和pwm信号给到主回路的哪个MOS?那么当相位突变的时候,会不会发生续流回路MOS关的慢,主回路MOS开得快的情况??我那个无输入时默认是输入电压电流是正相位的,但当负相位输入时有发生MOS2开通跟续流MOS关闭在同一时刻的情况,图中的2,4通道就是对应的GS电压
4e7facc76ff6486a.jpg
nc965
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  • 2016-12-10 10:21:47
  • 倒数7
 
当然这些时序是要仔细控制的,不能有任何冲击。重点是空载,感性负载、容性负载。
黄昏先生
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  • 2016-12-10 17:40:25
  • 倒数6
 
我现在纯电阻负载,经常开机瞬间就被冲坏了,应该直通导致的,就是13或24有同时开通的情况,软件不好做啊,我已经把MOS的启动电阻搞成关断电阻的八倍了,你那个是完全靠软件去避开直通的吗?
nc965
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  • 2016-12-10 21:05:10
  • 倒数5
 
是的,软件控制,怎么也不会直通
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  • 2016-12-12 13:54:28
  • 倒数4
 
再请教一个问题,电压电流相位您是采的哪里的?我是采的输入电压和电感上电流相位?但是发现电流相位不会自己换相,会被憋五六百us,但是不采用后端的电流相位的话,怕遇到感性和容性负载不好处理。
nc965
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  • 2016-12-12 14:10:07
  • 倒数3
 
输入和输出的电压电流,总共4个信号
黄昏先生
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  • 2016-12-13 15:48:40
  • 倒数2
 
不好意思,能否再请教下,您的开关频率定的多少?以及输入滤波参数怎么设定,我的样机输入端很容易谐振!
nc965
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  • 2016-12-13 17:31:58
  • 倒数1
 
拓扑电感用铁硅铝做,这么大功率,应该是连续模式,因为磁环规格的离散性,有个设计最佳值问题,大致可按电流减半设计CCM模式,频率几十KHz,不要超过100KHz,以免降低PWM分辨率。
除了拓扑电感以外,输入输出都需要设置CLC型滤波,滤波后再采样。由于采样结构是一个RC结构,其中C是指采样端子的寄生电容,也可以故意增加少量电容在此端子,目的是使采样信号进一步得到滤波,以满足控制精度,意思是最终的采样信号的精度要与采样端子的分辨率匹配。具体讲,芯片采样精度为10位,就是1/1024,对于最高280Vac输入信号,就是0.4V,CLC的主滤波信号加上采样的RC滤波后得到的最后信号要能够分辨出这个精度即可。这些参数可由仿真获得。
read01
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  • 2016-12-8 16:35:46
 
这个不是输出电感的di/di变化太大造成的,而是由于MOSFET的上升沿或下降沿很快 + 与Mosfet的DS连接导线以及自身的寄生电感造成的,  detaV=L寄生*di/dt。
解决方案:
(1) 增加MEOSFET的门极电阻,这个有作用,增加门极电阻有上升沿和下降沿变缓一点儿,EMI减轻一些的;
(2)优化PCB走线和布局,尽量减小寄生电感(减小线路的长度+ 减小环路面积)
(3)加吸收电路,或者TVS二极管,把电压尖峰限制在MOSFET安全区域
(4)做成软开关~~
黄昏先生
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  • 2016-12-8 16:50:48
 
寄生感确实有,我一条线一条线排查,发现续流二极管正到输入负的那一段尖峰同时产生,大概有一百四十差不多,我把这条线并了好几个粗导线,那个尖峰电压减少了一半,但还是有七十伏左右。。。
黄昏先生
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  • 2016-12-8 16:55:35
 
驱动电阻已经是22R了,走线确实有点差,但是因为功率较大,装散热器什么的影响不怎么好优化,这个当时布线时就很担心的了。RC吸收有的,但是杯水车薪啊,TVS也有的,但是每个周期都靠TVS去吸收,太不靠谱了。而且我这个是交流BUCK电感的能量会被捂着(方案原因,没有死区),所以很麻烦啊
xkw1cn
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  • 2016-12-8 17:04:58
 
首先;需要弄清楚优化的优先级。然后;按优先级别先后优化。顾前戟彼只会全失。
xkw1cn
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  • 2016-12-8 16:52:15
 
这波形;显然是二极管恢复太慢且硬恢复,而MOSFET开通速度又远超二极管恢复速度所致。
解决方法很简单;要么换好二极管,要么加大栅电阻。
黄昏先生
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  • 2016-12-8 16:58:47
 
二极管换SIC的了。。。还是很猛,47N60的MOS管确实开得很快,22R驱动阻不敢再增加了啊
xkw1cn
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  • 2016-12-8 17:09:11
 
建议还是加开通方向栅电阻试试。按现状;加栅电阻只是将过冲能量转到MOSFET上;且可能会因过冲电流峰值减小而降低MOSFET开通损耗。
不同太过担心,适度增加栅电阻;并不会引起MOSFET发热。
黄昏先生
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  • 2016-12-8 18:02:32
 
谢谢几位大神的分析,主要原因是布线太长,有寄生感,二极管反向恢复慢,MOS开通太快。驱动阻22R改为37.5R,尖峰电压少了五十伏,续流管到输入负那一段敷铜并了两根导线,尖峰减压减了七十多伏,已经在可接受范围内了,MOS和驱动阻的应力到时再看看。谢谢各位大神了!!!
read01
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  • 2016-12-9 13:35:56
 
解决问题就好!
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